学生实验名师教学设计2

用单摆测重力加速度教案

一、教学目的

1、知识与技能 （1）、使学生学会用单摆测定当地的重力加速度；

（2）、使学生学会处理数据的方法；

（3）、让学生能正确熟练地使用秒表。

（4）、巩固和加深对单摆周期公式的理解.

2、过程与方法：

（1）学生发散思维、探究重力加速度的测量方法──明确本实验的测量原理──组织实验器材、探究实验步骤──进行实验──分析数据，得出实验结论。这一条探究之路。

（2）学习用累积法减小相对误差的方法. 3、情感态度与价值观

（1）、通过课堂活动、讨论与交流培养学生的团队合作精神。

（2）、通过对振动次数的计数等培养学生仔细观察、严谨治学的科学素养。

二、教学重点与难点

1、重点：

（1）了解单摆的构成。

（2）单摆的周期公式。

（3）处理数据的方法。

2、难点：

（1）计时的准确性。

（2）计数的准确性。

三、实验器材

①球心开有小孔的小金属球

②长度大于1米的细尼龙线

③铁夹

④铁架台

⑤游标卡尺

⑥米尺

⑦秒表

四、教学过程

（一）引入：美国阿波罗计划是人类历史上的一个壮举，人类首次踏上了地球之外的天体。但是有人质疑整个计划可能是场骗局。其中质疑之一就是某段录像中，根据人下落的距离和2所用的时间，得到当地的重力加速度为约6.8m/s，显然跟我们普遍认知的月球上重力加速2度约为1.6m/s有较大偏差。那么，除了这种通过自由落体运动，还有哪些方法可以测量当地的重力加速度呢？

1、物体作自由落体运动；g2ht2

2、物体从光滑的斜面上由静止下滑；g3、弹簧测力计与天平：g4、用打点计时器gST2Gm2St2sin

5、用圆锥摆g2lcos

6、万有引力gGMR2

（二）实验探究：

1、实验目的：用单摆测定当地重力加速度；会使用秒表、游标卡尺。

问题1、用单摆测量重力加速度是根据什么物理原理？重力加速度的计算式是怎样的？

问题2、该实验需要测量哪些量？计算出来的重力加速度是几位有效数字？

42l2、实验原理：根据单摆周期公式T=2πl/g，得：g=2。据此，只要测得摆长l和周T期T即可算出当地的重力加速度g（三位）。

问题3、单摆应选用什么样的球？为什么？C A、空心乒乓球

B、实心泡沫球

C、直径2cm铁球

D、直径4cm铁球

问题4、什么样的线？为什么？D A、粗棉线

B、粗弹簧

C、细橡皮筋

D、细棉线

问题5、线长度应当在什么范围内？为什么？C A、1cm

B、10cm

C、1m

D、10m 问题6、测量周期用什么测量工具？为什么？怎样读数？B A、时钟

B、秒表

C、打点计时器

问题7、测量摆长用什么测量工具？为什么？怎样读数？AB A、米尺

B、游标卡尺

C、螺旋测微器

3、实验器材：①球心开有小孔的小金属球②长度大于1米的细尼龙线③铁夹④铁架台⑤游标卡尺⑥米尺⑦秒表

问题8、怎样保证小球的摆动是简谐运动？如何保证摆动过程中摆长不变？如何保证摆角小于5°（10°）？

问题9、怎样测量单摆周期？从何处开始计时？到何处停止计时？如何对振动次数计数？

问题10、秒表怎样读数？短针怎样读数？长针怎样读数？要不要估读？

4、实验步骤：

(1）、根据讨论结果，各组编写实验步骤（强调编写步骤中要指明器材、方法、公式），设计表格

(2）、出示参考实验步骤，表格，

参考实验步骤：

①做单摆，取约1米长的线绳穿过带孔的小钢球，并打一个比小孔大一些的结，并固定在铁架台上；

②用米尺量出悬线长l准确到毫米，用游标卡尺测摆球直径d，算出半径r，也准确到毫米，，算出摆长L=l+r；

③把单摆从平衡位置拉开一个角度（<10o）放开它，用秒表测量

单摆完成30次全振动（过平衡位置61次）所用的时间，求出完成一次全振动所需要的时间，这个平均时间就是单摆的周期。T=t/n；

42l④把测得的周期和摆长的数值代入公式g=2，求出重力加速度g的值来

T⑤改变摆长，重做几次实验。求g的平均值。

⑥整理器材。

参考表格：

次数

1 2 3 摆长L（米）

振动次数n（次）

时间t(秒) 周期T(秒)

g 平均值：___________ 5、注意事项：

①选择材料时应选择细轻又不易伸长的线，长度一般在1m左右，小球应选用密度较大的金属球，直径应较小，最好不超过2cm；

②单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆动时发生摆线下滑，摆长改变的现象；

③注意摆动时摆角不能过大（<10o）；

④摆球摆动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆；

⑤为减小记时误差，采用倒数计数法，即当摆球经过平衡位置时开始计数，“3，2，1，0，1，2，3……”数“0”时开始计时，数到“60”停止计时，则摆球全振动30次，T=t/30。

⑥计时从平衡位置开始是因为此处摆球的速度最大，人在判定它经过此位置的时刻，产生的计时误差较小。。

6、结论与误差分析：

1、g偏大：

2、g偏小：

五、练习与作业

1、测定重力加速度时：

①摆球就选用

，摆线宜选用

。

②测摆线的长度用

，要求准确到

，测小球直径用

，要求准确到

，测量摆动30-50次时间用

。

③此外，还需要配备

和

。

2、某同学测定的g的数值比当地公认值大，造成的原因可能是：④⑥⑦。

①摆球质量太大了；

②摆长太长了；

③摆角太大了（摆角仍小于10°）；

④量摆长时从悬点量到球的最下端；

⑤计算摆长时忘记把小球半径加进去；

⑥摆球不是在竖直平面内做简谐振动，而是做圆锥摆运动；

⑦计算周期时，将（n-1）次全振动误记为n次全振动；

3、为了提高周期的测量精度，下列哪些做法是可取的？B C A、用秒表直接测量一次全振动的时间；

B、用秒表测30至50次全振动的时间，计算出平均周期；

C、在平衡位置启动秒表和结束计时；

D、在最大位移处启动秒表和结束计时；

E、用秒表测100次全振动时间，计算平均周期；

F、在平衡位置启动秒表，并开始计算，当摆球第30次经过平衡位置时制动秒表，若读数为t，则T=t/30。

4、在“用单摆测定重力加速度”的实验中，某同学测定了5种不同摆长时的振动周期，并把所得数据列表如下：

摆长l/m 0.500 0.800 0.900 1.000 周期T/s T/ s

221.200 2.20 4.84 1.42 2.O2 1.79 3.20 21.90 3.61 2.00 4.00

(1)在图1-5-3中的坐标纸上以T为纵坐标、以L为横坐标，把表中数据所对应的点用2“×”标出，并作出T- L图象．

(2)利用图象求出重力加速度g的值(写出公式，要求保留两位有效数字)．

5、某同学在用单摆测重力加速度的实验中，由于摆球质量不均匀，重心无法找到，于是他采取了如下方法来测定重力加速度。

第一次量得摆球顶部到悬点的长为L1，测得对应振动周期为T1；

第二次量得摆球底部到悬点的长为L2，测得对应振动周期为T2。

则重力加速度的表达式为：_______。

六、小结

七、教学反思

学生根据老师提供的器材，按照实验要求，合理选择器材，自己设计实验方案、测量的主要步骤及需要测量的物理量。题：用实验室提供的下列器材：不同材料的摆球，长100cm至120cm的摆线若干，带铁夹的铁夹台，秒表，米尺，游标卡尺，量角器，测量本地区的重力加速度。（l）简要说明实验方案的设计思路；（2）简要说明测量的主要步骤与需要测量的物理量；（3）用已知量和测得量表示重力加速度的计算式；（4）通过测得量计算重力加速度的平均值。引伸1：用作图法计算重力加速度：引伸2：若实验室提供的摆球是不规则的，你怎样测量。采用以上方法进行教学，有利于学生积极思考，发挥学生的主体作用；有利于发展学生智力，培养能力；可克服传统演示实验的弊病，使学生获得发现知识的实验基础，享受科学实验的成果，进而鼓励同学立志去努力发现，探索物质运动的奥秘。